(57)【要約】再構成可能アンテナシステムの装置及び方法がここに与えられる。所定の構成において、アンテナシステムは、アンテナ素子、アンテナ素子に隣接し及びアンテナ素子から離間するチューニング導体、並びにチューニング導体とグランドのような基準電位との間に電気的に接続されたスイッチを含む。チューニング導体は、アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能であり、スイッチは、アンテナ素子をチューニングするべく選択的にチューニング導体を基準電位に接続する。
2019537391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数モジュールであって、
モジュール基板と、
前記モジュール基板上のアンテナと、
前記モジュール基板上において前記アンテナ素子に隣接し及び前記アンテナ素子から離間するチューニング導体であって、前記アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能なチューニング導体と、
前記チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチであって、前記アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく選択的に前記チューニング導体を前記グランド電位に接続するように動作可能なスイッチと
を含む、無線周波数モジュール。
【請求項２】
前記スイッチの状態は、前記アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項３】
前記スイッチの状態は、前記アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項４】
前記モジュール基板に取り付けられて前記スイッチを含む半導体ダイをさらに含む、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項５】
前記アンテナ素子の異なる側に沿った、前記チューニング導体を含む少なくとも２つのチューニング導体をさらに含む、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項６】
前記アンテナ素子は信号フィード及びグランドフィードを含み、
前記無線周波数モジュールはさらに、選択的に前記グランドフィードを前記グランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項７】
前記モジュール基板は積層材であり、
前記スイッチは前記積層材の内部層に統合される、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項８】
前記チューニング導体により負荷が与えられる前記アンテナ素子を含む２つ以上のアンテナ素子をさらに含む、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項９】
前記スイッチは、第１状態において前記チューニング導体が前記グランド電位を有するように、第２状態において前記チューニング導体を電気的に浮遊させるように制御するべく動作可能である、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項１０】
前記アンテナ素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ、又はレーザ直接構造化アンテナである、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項１１】
前記アンテナ素子は、前記モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つのフィンを含む、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項１２】
前記チューニング導体は、前記モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つのフィンを含む、請求項１１の無線周波数モジュール。
【請求項１３】
前記アンテナ素子は封入体の上に形成される、請求項１の無線周波数モジュール。
【請求項１４】
無線ネットワークにおいて動作する通信デバイスであって、
アンテナ素子と、
前記アンテナ素子に関連付けられた無線通信を制御するべく構成された送受信器と、
前記アンテナ素子に隣接し及び前記アンテナ素子から離間して前記アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能なチューニング導体と、
前記チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチであって、前記アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく選択的に前記チューニング導体を前記グランド電位に接続するように動作可能なスイッチと
を含む、通信デバイス。
【請求項１５】
前記スイッチの状態は、前記アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である、請求項１４の通信デバイス。
【請求項１６】
前記スイッチの状態は、前記アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である、請求項１４の通信デバイス。
【請求項１７】
前記アンテナ素子は信号フィード及びグランドフィードを含み、
前記無線周波数モジュールはさらに、選択的に前記グランドフィードを前記グランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む、請求項１４の通信デバイス。
【請求項１８】
セルラーネットワークのための基地局であって、
回路基板と、
前記回路基板に形成されたアンテナ素子と、
前記回路基板に形成されて前記アンテナ素子に隣接し及び前記アンテナ素子から離間して前記アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能なチューニング導体と、
前記チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチであって、前記アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく選択的に前記チューニング導体を前記グランド電位に接続するように動作可能なスイッチと
を含む、基地局。
【請求項１９】
前記アンテナ素子は信号フィード及びグランドフィードを含み、
前記無線周波数モジュールはさらに、選択的に前記グランドフィードを前記グランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む、請求項１８の基地局。
【請求項２０】
前記スイッチの状態は、前記アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である、請求項１８の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は電子システムに関し、詳しくは無線周波数（ＲＦ）電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数（ＲＦ）通信システムは、送受信器、フロントエンド、及び信号を無線送受信する一つ以上アンテナを含み得る。フロントエンドは、アンテナを介して受信した信号を増幅する低雑音増幅器と、アンテナを介して送信するべく信号をブーストする電力増幅器とを含み得る。
【０００３】
ＲＦ通信システムの例は、携帯電話機、タブレット、基地局（マクロセル基地局及びスモールセル基地局を含む）、ネットワークアクセスポイント、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、ラップトップ、及びウェアラブル電子機器を含むがこれらに限られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開公報第２０１５／００２２４０８号明細書
【特許文献２】米国特許公開公報第２０１０／０３０４６９３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
所定の実施形態において、本開示は無線周波数モジュールに関する。無線周波数モジュールは、モジュール基板、モジュール基板上のアンテナ素子、モジュール基板上のかつアンテナ素子に隣接し及びアンテナ素子から離間するチューニング導体、並びにチューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチを含む。チューニング導体は、アンテナに負荷を与えるように動作可能であり、スイッチは、アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく、チューニング導体を選択的にグランド電位に接続するように動作可能である。
【０００６】
いくつかの実施形態において、スイッチの状態は、アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【０００７】
様々な実施形態において、スイッチの状態は、アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である。
【０００８】
一定数の実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、モジュール基板に取り付けられてスイッチを含む半導体ダイを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、無線周波数モジュールはさらに、アンテナ素子の異なる側に位置決めされた少なくとも２つのチューニング導体を含む。少なくとも２つのチューニング導体は、当該チューニング導体を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００１１】
様々な実施形態において、モジュール基板は積層材であり、スイッチは積層材の内部層に統合される。
【００１２】
一定数の実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、チューニング導体による負荷を受ける２つ以上のアンテナ素子ロードを含む。２つ以上のアンテナ素子は当該アンテナ素子を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、スイッチは、チューニング導体を制御するべく動作可能であり、当該チューニング導体は、第１状態においてグランド電位を有し、第２状態において電気的に浮遊する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、アンテナ素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ、又はレーザ直接構造化アンテナである。
【００１５】
一定数の実施形態において、アンテナ素子は、モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つのフィンを含む。様々な実施形態において、チューニング導体は、モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つのフィンを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態において、アンテナ素子は、封入体の上に形成される。
【００１７】
所定の実施形態において、本開示は、無線ネットワークのための通信デバイスに関する。通信デバイスは、アンテナ素子、アンテナ素子に関連付けられた無線通信を制御するべく構成された送受信器、アンテナ素子に隣接しアンテナ素子から離間したチューニング導体、及びチューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチを含む。チューニング導体は、アンテナに負荷を与えるように動作可能であり、スイッチは、アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく、チューニング導体を選択的にグランド電位に接続するように動作可能である。
【００１８】
様々な実施形態において、スイッチの状態は、アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【００１９】
いくつかの実施形態において、スイッチの状態は、アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である。
【００２０】
一定数の実施形態において、アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００２１】
所定の実施形態において、本開示は、セルラーネットワークのための基地局に関する。基地局は、回路基板、回路基板上に形成されたアンテナ素子、回路基板上に形成されてアンテナ素子に隣接し及びアンテナ素子から離間するチューニング導体、チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続されたスイッチを含む。チューニング導体は、アンテナに負荷を与えるように動作可能であり、スイッチは、アンテナ素子のアンテナ特性を制御するべく、チューニング導体を選択的にグランド電位に接続するように動作可能である。
【００２２】
いくつかの実施形態において、アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００２３】
様々な実施形態において、スイッチの状態は、アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【００２４】
所定の実施形態において、本開示は無線周波数モジュールに関する。無線周波数モジュールは、モジュール基板、モジュール基板の第１側上の第１アンテナ素子、モジュール基板の第１側上で第１アンテナ素子に隣接し及び第１アンテナ素子から離間する第１チューニング導体であって、第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能な第１チューニング導体、並びに第１チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続された第１スイッチを含む。第１スイッチは、第１アンテナ素子にチューニングを与えるべく、選択的に第１チューニング導体をグランド電位に接続するように動作可能である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である。
【００２７】
一定数の実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、モジュール基板に取り付けられた半導体ダイを含む。いくつかの実施形態によれば、半導体ダイは、モジュール基板の内部層に埋め込まれる。様々な実施形態によれば、半導体ダイは、モジュール基板の、第１側に対向する第２側に存在する。所定の実施形態によれば、半導体ダイは第１スイッチを含む。いくつかの実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を制御する。様々な実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を選択するべく動作可能なスイッチデータを受信するインタフェイスを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、第１チューニング導体及び第２チューニング導体を含む複数のチューニング導体を含む。一定数の実施形態によれば、第１チューニング導体は第１アンテナ素子の第１側に沿って位置決めされ、第２チューニング導体は、第１アンテナ素子の第１側とは異なる第２側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。いくつかの実施形態によれば、複数のチューニング導体は、第１アンテナ素子の異なる側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能な少なくとも４つのチューニング導体を含む。様々な実施形態によれば、無線周波数モジュールはさらに、モジュール基板の第１側において第１アンテナ素子に隣接する第２アンテナ素子を含む。第２チューニング導体は、第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００２９】
いくつかの実施形態において、第１アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００３０】
一定数の実施形態において、モジュール基板は積層材である。いくつかの実施形態によれば、第１スイッチは、積層材の内部層に統合される。
【００３１】
様々な実施形態において、モジュール基板は、グランド電位を第１スイッチに与えるべく動作可能なビアを含む。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、第１アンテナ素子は、無線波を受信するべく構成される。
【００３３】
一定数の実施形態によれば、第１アンテナ素子は、無線波を送信するべく構成される。
【００３４】
いくつかの実施形態において、第１アンテナ素子は、無線波の送信及び受信双方を行うべく構成される。
【００３５】
いくつかの実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、モジュール基板の第１側において第１アンテナ素子に隣接する第２アンテナ素子を含む。一定数の実施形態によれば、第１チューニング導体は、第２アンテナ素子に隣接し及び第２アンテナ素子から離間しており、第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００３６】
様々な実施形態において、第１スイッチは、第１状態において第１チューニング導体をグランドにし、第２状態において第１チューニング導体を電気的に浮遊させるように動作可能である。
【００３７】
いくつかの実施形態において、第１スイッチは電界効果トランジスタスイッチである。
【００３８】
一定数の実施形態によれば、第１アンテナ素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ、又はレーザ直接構造化アンテナである。
【００３９】
いくつかの実施形態において、第１アンテナ素子は、モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つのフィンを含む。様々な実施形態によれば、第１チューニング導体は、モジュール基板の表面から延びる少なくとも一つフィンを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第１アンテナ素子は、第１アンテナ素子とモジュール基板との間に存在する封入体の上に形成される。
【００４１】
一定数の実施形態において、無線周波数モジュールはさらに、モジュール基板の第１側において第１アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子を含むアンテナアレイを含む。いくつかの実施形態によれば、アンテナアレイは、ビームフォーミングを与えるべく動作可能である。様々な実施形態によれば、アンテナアレイは、多入力他出力通信を与えるべく動作可能である。
【００４２】
所定の実施形態において、本開示は、セルラーネットワークにおけるユーザ機器として動作する通信デバイスに関する。通信デバイスは、第１アンテナ素子、第１アンテナ素子に隣接し及び第１アンテナ素子から離間する第１チューニング導体、並びに第１チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続された第１スイッチを含む。第１チューニング導体は、第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能であり、第１スイッチは、第１アンテナ素子にチューニングを与えるべく、選択的に第１チューニング導体をグランド電位に接続するように動作可能である。
【００４３】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である。
【００４５】
一定数の実施形態において、通信デバイスはさらに半導体ダイを含む。様々な実施形態によれば、半導体ダイは第１スイッチを含む。所定の実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を制御する。いくつかの実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を選択するべく動作可能なスイッチデータを受信するインタフェイスを含む。
【００４６】
いくつかの実施形態において、通信デバイスはさらに、第１チューニング導体及び第２チューニング導体を含む複数のチューニング導体を含む。一定数の実施形態によれば、第１チューニング導体は第１アンテナ素子の第１側に沿って位置決めされ、第２チューニング導体は、第１アンテナ素子の第１側とは異なる第２側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。いくつかの実施形態によれば、複数のチューニング導体は、第１アンテナ素子の異なる側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能な少なくとも４つのチューニング導体を含む。一定数の実施形態によれば、通信デバイスはさらに第２アンテナ素子を含み、第２チューニング導体は第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００４７】
様々な実施形態において、第１アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００４８】
一定数の実施形態において、通信デバイスはさらに、フロントエンドシステム、及びフロントエンドシステムを介して第１アンテナ素子に電気的に結合された送受信器を含む。いくつかの実施形態によれば、フロントエンドシステムはさらに、送信無線周波数信号を第１アンテナ素子に与えるべく構成された電力増幅器を含む。様々な実施形態によれば、フロントエンドシステムはさらに、第１アンテナ素子から受信した無線周波数信号を増幅するべく構成された低雑音増幅器を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態において、通信デバイスはさらに、第１アンテナ素子に隣接する第２アンテナ素子を含む。一定数の実施形態において、第１チューニング導体は、第２アンテナ素子に隣接し及び第２アンテナ素子から離間しており、第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００５０】
いくつかの実施形態において、第１スイッチは、第１状態において第１チューニング導体をグランドにし、第２状態において第１チューニング導体を電気的に浮遊させるように動作可能である。
【００５１】
様々な実施形態において、第１スイッチは電界効果トランジスタスイッチである。
【００５２】
一定数の実施形態において、第１アンテナ素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ、又はレーザ直接構造化アンテナである。
【００５３】
いくつかの実施形態によれば、第１アンテナ素子は少なくとも一つのフィンを含む。様々な実施形態において、第１チューニング導体は少なくとも一つのフィンを含む。
【００５４】
いくつかの実施形態において、通信デバイスはさらに、第１アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子を含むアンテナアレイを含む。一定数の実施形態によれば、アンテナアレイは、ビームフォーミングを与えるべく動作可能である。いくつかの実施形態によれば、アンテナアレイは、多入力多出力通信を与えるべく動作可能である。
【００５５】
所定の実施形態において、本開示は、無線ネットワークのための基地局に関する。基地局は、第１アンテナ素子、第１アンテナ素子に隣接し及び第１アンテナ素子から離間する第１チューニング導体であって、第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能な第１チューニング導体、並びに第１チューニング導体とグランド電位との間に電気的に接続された第１スイッチを含む。第１スイッチは、第１アンテナ素子にチューニングを与えるべく、選択的に第１チューニング導体をグランド電位に接続するように動作可能である。
【００５６】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の帯域幅をチューニングするべく動作可能である。
【００５７】
いくつかの実施形態において、第１スイッチの状態は、第１アンテナ素子の偏波方向を操舵するべく動作可能である。
【００５８】
一定数の実施形態において、基地局はさらに半導体ダイを含む。様々な実施形態によれば、半導体ダイは第１スイッチを含む。所定の実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を制御する。いくつかの実施形態によれば、半導体ダイは、第１スイッチの状態を選択するべく動作可能なスイッチデータを受信するインタフェイスを含む。
【００５９】
いくつかの実施形態において、基地局はさらに、第１チューニング導体及び第２チューニング導体を含む複数のチューニング導体を含む。一定数の実施形態によれば、第１チューニング導体は第１アンテナ素子の第１側に沿って位置決めされ、第２チューニング導体は、第１アンテナ素子の第１側とは異なる第２側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。いくつかの実施形態によれば、複数のチューニング導体は、第１アンテナ素子の異なる側に沿って位置決めされて第１アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能な少なくとも４つのチューニング導体を含む。一定数の実施形態によれば、基地局はさらに第２アンテナ素子を含み、第２チューニング導体は第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００６０】
様々な実施形態において、第１アンテナ素子は、信号フィード及びグランドフィードを含み、無線周波数モジュールはさらに、選択的にグランドフィードをグランド電位に接続するべく動作可能なグランドスイッチを含む。
【００６１】
一定数の実施形態において、基地局はさらに、フロントエンドシステム、及びフロントエンドシステムを介して第１アンテナ素子に電気的に結合された送受信器を含む。いくつかの実施形態によれば、フロントエンドシステムはさらに、送信無線周波数信号を第１アンテナ素子に与えるべく構成された電力増幅器を含む。様々な実施形態によれば、フロントエンドシステムはさらに、第１アンテナ素子から受信した無線周波数信号を増幅するべく構成された低雑音増幅器を含む。
【００６２】
いくつかの実施形態において、基地局はさらに、第１アンテナ素子に隣接する第２アンテナ素子を含む。一定数の実施形態において、第１チューニング導体は、第２アンテナ素子に隣接し及び第２アンテナ素子から離間しており、第２アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能である。
【００６３】
いくつかの実施形態において、第１スイッチは、第１状態において第１チューニング導体をグランドにし、第２状態において第１チューニング導体を電気的に浮遊させるように動作可能である。
【００６４】
様々な実施形態において、第１スイッチは電界効果トランジスタスイッチである。
【００６５】
一定数の実施形態において、第１アンテナ素子は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ、又はレーザ直接構造化アンテナである。
【００６６】
いくつかの実施形態によれば、第１アンテナ素子は少なくとも一つのフィンを含む。様々な実施形態において、第１チューニング導体は少なくとも一つのフィンを含む。
【００６７】
いくつかの実施形態において、基地局はさらに、第１アンテナ素子を含む複数のアンテナ素子を含むアンテナアレイを含む。一定数の実施形態によれば、アンテナアレイは、ビームフォーミングを与えるべく動作可能である。いくつかの実施形態によれば、アンテナアレイは、多入力多出力通信を与えるべく動作可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本開示の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。
【００６９】
【図１】通信ネットワークの一例の模式的な図である。
【図２】図２Ａは、多入力他出力（ＭＩＭＯ）通信を使用するダウンリンクチャネルの一例の模式的な図である。図２Ｂは、ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの一例の模式的な図である。
【図３】ビームフォーミングにより動作する通信システムの一例の模式的な図である。
【図４】図４Ａは、送信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。図４Ｂは、受信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。
【図５−１】図５Ａは、チューニング可能アンテナの一実施形態の模式的な図である。図５Ｂは、チューニング可能アンテナアレイの一実施形態の模式的な図である。
【図５−２】図５Ｃは、チューニング可能アンテナアレイの他実施形態の模式的な図である。図５Ｄは、チューニング可能アンテナアレイの他実施形態の模式的な図である。図５Ｅは、チューニング可能アンテナアレイの他実施形態の模式的な図である。
【図６Ａ】一実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナの模式的な図である。
【図６Ｂ】他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナの模式的な図である。
【図６Ｃ】他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナの模式的な図である。
【図６Ｄ】一実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナアレイの模式的な図である。
【図６Ｅ】他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナアレイの模式的な図である。
【図７Ａ】一実施形態に係るＲＦモジュールの斜視図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＲＦモジュールの、７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面である。
【図８Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールの斜視図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＲＦモジュールの、８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面である。
【図９】他実施形態に係るＲＦモジュールの断面である。
【図１０Ａ】一実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１０Ｂ】一実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１０Ｃ】一実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１１Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１１Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１１Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１２Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１２Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１２Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１２Ｄ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１２Ｅ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１３Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１３Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１３Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１３Ｄ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１４Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１４Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１４Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１４Ｄ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１５Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１５Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１５Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１５Ｄ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１５Ｅ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１６Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１６Ｂ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１６Ｃ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１６Ｄ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１６Ｅ】他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。
【図１７Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールの平面図である。
【図１７Ｂ】他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナの斜視図である。
【図１８Ａ】他実施形態に係るＲＦモジュールの平面図である。
【図１８Ｂ】他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナの斜視図である。
【図１９】ＲＦモジュールの一実施形態のデュアル共振反射損失の測定対シミュレーションのグラフである。
【図２０】携帯デバイスの一実施形態の模式的な図である。
【図２１】マクロセル基地局の一実施形態の模式的な図である。
【図２２】スモールセル基地局の一実施形態の模式的な図である。
【図２３】図２３Ａは、一実施形態に係る基地局基板の平面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの基地局基板の２３Ｂ−２３Ｂ線に沿った断面である。
【図２４】図２４Ａは、実施形態に係る基地局用のモジュールのアレイの平面図である。図２４Ｂは、図２４の一モジュールの２４Ｂ−２４Ｂ線に沿った断面である。
【図２５】図２５Ａは、他実施形態に係る基地局基板の平面図である。図２５Ｂは、図２５Ａの基地局基板の２５Ｂ−２５Ｂ線に沿った断面である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
所定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る図面が参照される。理解されることだが、図面に例示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に例示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び／又は図面に例示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴のいずれかの適切な組み合わせを組み入れてよい。
【００７１】
国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、国際的な無線スペクトルの使用を含む情報通信技術に関する世界的な問題に責任を負う国連（ＵＮ）の専門機関である。
【００７２】
第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）は、電波産業協会（ＡＲＩＢ）、電気通信技術委員会（ＴＴＣ）、中国通信規格協会（ＣＣＳＡ）、米国電気通信業界ソリューション協会（ＡＴＩＳ）、電気通信技術協会（ＴＴＡ）、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）、インド電気通信標準化協会（ＴＳＤＳＩ）のような、世界中の電気通信標準化団体のグループ間の共同作業である。
【００７３】
３ＧＰＰは、ＩＴＵの範囲内で作業をすることにより、例えば、第２世代（２Ｇ）技術（例えば、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ（登録商標）及びエンハンスドデータレートフォーＧＳＭエボリューション（ＥＤＧＥ）を含む）、第３世代（３Ｇ）技術（例えばユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）及び高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ））、及び第４世代（４Ｇ）技術（例えばロングタームエボリューション（ＬＴＥ）及びＬＴＥアドバンスト）を含む様々な移動体通信技術に関する技術仕様を開発及び維持する。
【００７４】
３ＧＰＰにより管理される技術仕様は、仕様リリースによって拡張及び改訂され得る。仕様リリースは多数年にわたることがあり、幅広い新機能及び進化の仕様を定め得る。
【００７５】
一例において、３ＧＰＰは、リリース１０においてＬＴＥのためのキャリアアグリゲーション（ＣＡ）を導入した。最初は２つのダウンリンクキャリアが導入されたが、３ＧＰＰは、リリース１４において５つまでのダウンリンクキャリアと３つまでのアップリンクキャリアとを含むようにキャリアアグリゲーションを拡張した。３ＧＰＰのリリースが与えた新機能及び進化の他例は、ライセンスアシスタントアクセス（ＬＡＡ）、拡張ＬＡＡ（ｅＬＡＡ）、狭帯域インターネットオブシングス（ＮＢ−ＩｏＴ）、ビークルトゥエブリシング（Ｖ２Ｘ）、及びハイパワーユーザー機器（ＨＰＵＥ）を含むがこれらに限られない。
【００７６】
３ＧＰＰは、リリース１５において第５世代（５Ｇ）技術のフェーズ１（２０１８年が目標）を、リリース１６において５Ｇ技術のフェーズ２（２０１９年が目標）を導入することを計画している。リリース１５が６ＧＨｚ未満の５Ｇ通信に対処する見通しである一方、リリース１６は６ＧＨｚ以上の通信に対処する見通しである。その後の３ＧＰＰリリースは、５Ｇテクノロジをさらに進化及び拡張してゆく。５Ｇ技術はまた、ここでは５Ｇニューラジオ（ＮＲ）とも称する。
【００７７】
５Ｇ ＮＲの予備仕様は、ミリ波スペクトルによる通信、ビームフォーミング能力、高スペクトル効率波形、低レイテンシ通信、多重ラジオヌメロロジ、及び／又は非直交多重アクセス（ＮＯＭＡ）のような様々な機能をサポートする。かかるＲＦ機能はネットワークに柔軟性を与えてユーザデータレートを高めるにもかかわらず、当該機能をサポートすることにより、一定数の技術的な困難性が提起され得る。
【００７８】
ここでの教示は、ＬＴＥアドバンスト、ＬＴＥアドバンストプロ及び／又は５Ｇ ＮＲのようなアドバンストセルラー技術を使用する通信システムを含むがこれらに限られない多種多様な通信システムに適用可能である。
図１は、通信ネットワーク１０の一例の模式的な図である。通信ネットワーク１０は、マクロセル基地局１、スモールセル基地局３、並びに、第１携帯デバイス２ａ、無線接続車２ｂ、ラップトップ２ｃ、静止無線デバイス２ｄ、無線接続列車２ｅ及び第２携帯デバイス２ｆを含むユーザ機器（ＵＥ）の様々な例を含む。
【００７９】
基地局及びユーザ機器の特定例が図１に示されるにもかかわらず、通信ネットワークは、多種多様なタイプ及び／又は数の基地局及びユーザ機器を含み得る。例えば、図示の例において、通信ネットワーク１０は、マクロセル基地局１及びスモールセル基地局３を含む。スモールセル基地局３は、マクロセル基地局１と比べ、相対的に低電力、短範囲、及び／又は数少ない同時ユーザにより動作することができる。スモールセル基地局３はまた、フェムトセル、ピコセル又はマイクロセルと称してもよい。通信ネットワーク１０が２つの基地局を含むように示されるにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、これよりも多い又は少ない基地局及び／又は他タイプの基地局を含むように実装してよい。
【００８０】
ユーザ機器の様々な例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、例えば携帯電話、タブレット、ラップトップ、ＩｏＴデバイス、ウェアラブル電子機器、顧客宅内機器（ＣＰＥ）、無線接続車両、無線リレー、及び／又は多種多様な他の通信デバイスを含む多種多様なユーザ機器に適用可能である。図１に示される通信ネットワーク１０は、例えば４ＧＬＴＥ、５Ｇ ＮＲ、及びＷｉ−Ｆｉのような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を含む様々な技術を使用する通信をサポートする。通信技術の様々な例が与えられているにもかかわらず、通信ネットワーク１０は、多種多様な通信技術をサポートするべく適合することができる。
【００８１】
通信ネットワーク１０の様々な通信リンクが、図１に描かれている。通信リンクは、例えば周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び／又は時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）を含む多種多様な方法で二重化することができる。ＦＤＤは、信号送信と信号受信とで異なる周波数を使用するタイプの無線周波数通信である。ＦＤＤは、高データレート及び低レイテンシのような一定数の利点を与えることができる。これとは対照的に、ＴＤＤは、信号送信と信号受信とでほぼ同じ周波数を使用して送信と受信とが時間で切り替わるタイプの無線周波数通信である。ＴＤＤは、スペクトルの効率的な使用、及び送信方向と受信方向との間でのスループットの可変配分のような一定数の利点を与えることができる。
【００８２】
所定の実装例において、ユーザ機器は、４Ｇ ＬＴＥ技術、５Ｇ ＮＲ技術及びＷｉ−Ｆｉ技術の一つ以上を使用して基地局と通信することができる。所定の実装例において、拡張ライセンスアシストアクセス（ｅＬＡＡ）が、一つ以上のライセンスされた周波数キャリア（例えばライセンスされた４Ｇ ＬＴＥ周波数及び／又は５Ｇ ＮＲ周波数）を、一つ以上のライセンスされていないキャリア（例えばライセンスされていないＷｉ−Ｆｉ周波数）と集約するべく使用される。
【００８３】
通信リンクは、多種多様な周波数にわたって動作することができる。所定の実装例において、通信は、６ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満の一つ以上の周波数帯域にわたって、及び／又は６ＧＨｚを超える一つ以上周波数帯域にわたって、５Ｇ ＮＲ技術を使用してサポートされる。一実施形態において、携帯デバイスの一つ以上が、ＨＰＵＥ電力クラス仕様をサポートする。
【００８４】
所定の実装例において、基地局及び／又はユーザ機器は、ビームフォーミングを使用して通信する。例えば、ビームフォーミングは、高信号周波数にわたる通信に関連付けられた高損失のような経路損失を克服するべく、信号強度を集中させるために使用することができる。所定の実施形態において、一つ以上の携帯電話機のようなユーザ機器は、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの範囲にあるミリメートル波周波数帯域、及び／又は６ＧＨｚから３０ＧＨｚ、さらに詳しくは２４ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲にある上限センチメートル波周波数についての、ビームフォーミングを使用して通信する。
【００８５】
通信ネットワーク１０の異なるユーザは、利用可能な周波数スペクトルのような利用可能なネットワークリソースを、多種多様な方法で共有することができる。
【００８６】
一例において、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）が、周波数帯域を多数の周波数キャリアに分割するべく使用される。付加的に、一つ以上のキャリアが、特定のユーザに割り当てられる。ＦＤＭＡの例は、シングルキャリアＦＤＭＡ（ＳＣ−ＦＤＭＡ）及び直交ＦＤＭＡ（ＯＦＤＭＡ）を含むがこれらに限られない。ＯＦＤＭは、利用可能な帯域幅を、多数の相互直交狭帯域サブキャリアに細分化するマルチキャリア技術であり、これは異なるユーザに別個に割り当てることができる。
【００８７】
共有アクセスの他の例は、周波数リソースを使用する特定のタイムスロットにユーザが割り当てられる時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、各ユーザに一意の符号を割り当てることにより周波数リソースが異なるユーザ間で共有される符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、空間分割により共有アクセスを与えるべくビームフォーミングが使用される空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）、及び多重アクセスを目的として電力ドメインが使用される非直交多元接続（ＮＯＭＡ）を含むが、これらに限定されない。例えば、ＮＯＭＡは、同じ周波数、時間及び／又は符号ではあるが異なる電力レベルに多数のユーザを与えるように使用することができる。
【００８８】
拡張モバイルブロードバンド（ｅＭＢＢ）は、ＬＴＥネットワークの増大するシステム容量のための技術を言及する。例えば、ｅＭＢＢは、少なくとも１０Ｇｂｐｓの、各ユーザが最小１００Ｍｂｐｓのピークデータレートでの通信を言及することができる。超高信頼性低レイテンシ通信（ｕＲＬＬＣ）は、例えば２ミリ秒未満の非常に低いレイテンシで通信する技術を言及する。ｕＲＬＬＣは、自律運転アプリケーション及び／又は遠隔手術アプリケーションのようなミッションクリティカルな通信を目的として使用され得る。大規模機械型通信（ｍＭＴＣ）は、インターネットオブシングス（ＩｏＴ）アプリケーションに関連付けられるもののような、日常的なオブジェクトへの無線接続に関連付けられる低コストかつ低データレートの通信を言及する。
【００８９】
図１の通信ネットワーク１０は、ｅＭＢＢ、ｕＲＬＬＣ及び／又はｍＭＴＣを含むがこれらに限られない多種多様なアドバンスト通信機能をサポートするべく使用することができる。
【００９０】
図２Ａは、多入力他出力（ＭＩＭＯ）通信を使用するダウンリンクチャネルの一例の模式的な図である。図２Ｂは、ＭＩＭＯ通信を使用するアップリンクチャネルの一例の模式的な図である。
【００９１】
ＭＩＭＯ通信は、共通周波数スペクトルにわたる多数のデータストリームを同時に通信するべく多数のアンテナを使用する。所定の実装例において、データストリームは、受信器におけるデータ受信を強化するべく異なる基準信号を有するように動作する。ＭＩＭＯ通信は、高いＳＮＲ、符号化の改善、及び／又は無線環境の空間的なマルチプレクシング差異に起因する信号干渉の低減により利益を受ける。
【００９２】
ＭＩＭＯオーダーは、送信又は受信された別個のデータストリームの数を言及する。例えば、ダウンリンク通信のＭＩＭＯオーダーは、基地局の送信アンテナの数、及び携帯デバイスのようなＵＥの受信アンテナの数によって記述することができる。例えば、ツーバイツー（２×２）ＤＬ ＭＩＭＯは、２つの基地局アンテナ及び２つのＵＥアンテナを使用するＭＩＭＯダウンリンク通信を言及する。付加的に、フォーバイフォー（４×４）ＤＬ ＭＩＭＯは、４つの基地局アンテナ及び４つのＵＥアンテナを使用するＭＩＭＯダウンリンク通信を言及する。
【００９３】
図２Ａに示される例において、ダウンリンクＭＩＭＯ通信は、基地局４１のＭ個のアンテナ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…４３ｍを使用する送信、及び携帯デバイス４２のＮ個のアンテナ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、…４４ｎを使用する受信によって与えられる。したがって、図２Ａは、Ｍ×Ｎ ＤＬ ＭＩＭＯの一例を示す。
【００９４】
同様に、アップリンク通信のＭＩＭＯオーダーは、携帯デバイスのようなＵＥの送信アンテナの数、及び基地局の受信アンテナの数によって記述することができる。例えば、２×２ ＵＬ ＭＩＭＯは、２つのＵＥアンテナ及び２つの基地局アンテナを使用するＭＩＭＯアップリンク通信を言及する。付加的に、４×４ ＵＬ ＭＩＭＯは、４つのＵＥアンテナ及び４つの基地局アンテナを使用するＭＩＭＯアップリンク通信を言及する。
【００９５】
図２Ｂに示される例において、アップリンクＭＩＭＯ通信は、携帯デバイス４２のＮ個のアンテナ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、…４４ｎを使用する送信、及び基地局４１のＭ個のアンテナ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…４３ｍを使用する受信によって与えられる。したがって、図２Ｂは、Ｎ×Ｍ ＵＬ ＭＩＭＯの一例を示す。
【００９６】
ＭＩＭＯのレベル又はオーダーを増やすことにより、アップリンクチャネル及び／又はダウンリンクチャネルの帯域幅を増加させることができる。
【００９７】
ＭＩＭＯ通信は、ＦＤＤ通信リンク及びＴＤＤ通信リンクのような様々なタイプの通信リンクに適用可能である。
【００９８】
図３は、ビームフォーミングにより動作する通信システムの一例の模式的な図である。通信システム１１０は、送受信器１０５、信号コンディショニング回路１０４ａ１、１０４ａ２…１０４ａｎ、１０４ｂ１、１０４ｂ２…１０４ｂｎ、１０４ｍ１、１０４ｍ２…１０４ｍｎ、及びアンテナ素子１０３ａ１、１０３ａ２…１０３ａｎ、１０３ｂ１、１０３ｂ２…１０３ｂｎ、１０３ｍ１、１０３ｍ２…１０３ｍｎを含むアンテナアレイ１０２を含む。
【００９９】
ミリメートル波キャリア（例えば３０ＧＨｚから３００ＧＨｚ）、センチメートル波キャリア（例えば３ＧＨｚから３０ＧＨｚ）、及び／又は他の周波数キャリアを使用して通信する通信システムは、信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーメーション及び指向性を与えるべくアンテナアレイを用いることができる。
【０１００】
例えば、図示の実施形態において、通信システム１１０は、ｍ×ｎアンテナ素子のアレイ１０２を含む。これらのアンテナ素子はそれぞれが、本実施形態において別個の信号コンディショニング回路によって制御される。楕円により示されるように、通信システム１１０は、任意の適切な数のアンテナ素子及び信号コンディショニング回路を有するように実装することができる。
【０１０１】
信号送信に関し、信号コンディショニング回路が、アンテナアレイ１０２に送信信号を与えることができる。その結果、アンテナ素子から放射された信号が、建設的及び破壊的干渉を使用して組み合わされ、アンテナアレイ１０２から離れるように所与の方向に伝播する信号強度を有するビーム状の品質を示す集約送信信号を生成する。
【０１０２】
信号受信の文脈において、信号コンディショニング回路は、信号が特定の方向からアンテナアレイ１０２に到達しているときに多くの信号エネルギーが受信されるように（例えば受信信号の位相を別個に制御することにより）受信信号を処理する。したがって、通信システム１１０はまた、信号の受信に対して指向性を与える。
【０１０３】
送信ビーム又は受信ビームへの信号エネルギーの相対的な集中度を、アレイのサイズを増加させることによって高めることができる。例えば、多くの信号エネルギーが送信ビームに集中すると、信号は、ＲＦ通信にとって十分な信号レベルを与えながら長い範囲に伝播することができる。例えば、送信ビームに集中した信号エネルギーの長い伝播を有する信号は、高い実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）を示し得る。
【０１０４】
図示の実施形態において、送受信器１０５は、信号コンディショニング回路に送信信号を与え、信号コンディショニング回路から受信した信号を処理する。図３に示されるように、送受信器１０５は、信号コンディショニング回路のための制御信号を生成する。制御信号は、送信信号又は受信信号の位相を制御してビームフォーミングを制御することのような、様々な機能を目的として使用することができる。
【０１０５】
図４Ａは、送信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。図４Ａは、第１信号コンディショニング回路１１４ａ、第２信号コンディショニング回路１１４ｂ、第１アンテナ素子１１３ａ及び第２アンテナ素子１１３ｂを含む通信システムの一部分を示す。
【０１０６】
２つのアンテナ素子及び２つの信号コンディショニング回路を含むように示されるにもかかわらず、通信システムは、付加的なアンテナ素子及び／又は信号コンディショニング回路を含んでよい。例えば、図４Ａは、図３の通信システム１１０の一部分の一実施形態を示す。
【０１０７】
第１信号コンディショニング回路１１４ａは、第１位相シフト１３０ａ、第１電力増幅器１３１ａ、第１低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３２ａ、及び電力増幅器１３１ａ又はＬＮＡ１３２ａの選択を制御するスイッチを含む。付加的に、第２信号コンディショニング回路１１４ｂは、第２位相シフト１３０ｂ、第２電力増幅器１３１ｂ、第２ＬＮＡ１３２ｂ、及び電力増幅器１３１ｂ又はＬＮＡ１３２ｂの選択を制御するスイッチを含む。
【０１０８】
信号コンディショニング回路の一実施形態が示されるにもかかわらず、信号コンディショニング回路の他の実装例も可能である。例えば、一例において、信号コンディショニング回路は、一つ以上帯域フィルタ、デュプレクサ及び／又は他のコンポーネントを含む。
【０１０９】
図示の実施形態において、第１アンテナ素子１１３ａ及び第２アンテナ素子１１３ｂは距離ｄだけ分離される。付加的に、図４Ａには角度θが注釈されている。角度θは、この例において、送信ビーム方向がアンテナアレイ平面に実質的に直交するときに約９０°の値を有し、送信ビーム方向がアンテナアレイ平面に実質的に平行なときに約０°の値を有する。
【０１１０】
アンテナ素子１１３ａ、１１３ｂに与えられる送信信号の相対的な位相を制御することにより、所望の送信ビーム角度θを達成することができる。例えば、第１位相シフタ１３０ａが０°の基準値を有するとき、第２位相シフタ１３０ｂは、約−２πｆ（ｄ／ν）ｃｏｓθラジアンの位相シフトを与えるべく制御することができる。ここで、ｆは送信信号の基本周波数、ｄはアンテナ素子間の距離、νは放射波の速度、πは数学的定数パイである。
【０１１１】
所定の実装例において、距離ｄは、約（１／２）λとなるように実装される。ここで、λは、送信信号の基本成分の波長である。かかる実装例において、第２位相シフタ１３０ｂは、送信ビーム角度θを達成するべく約−πｃｏｓθラジアンの位相シフトを与えるように制御することができる。
【０１１２】
したがって、位相シフタ１３０ａ、１３０ｂの相対的な位相を、送信ビームフォーミングを与えるべく制御することができる。所定の実装例において、送受信器（例えば図３の送受信器１０５）が、一つ以上の位相シフタの位相値を制御してビームフォーミングを制御する。
【０１１３】
図４Ｂは、受信ビームを与えるビームフォーミングの一例の模式的な図である。図４Ｂは図４Ａと同様であるが、図４Ｂが、送信ビームではなく受信ビームの文脈でビームフォーミングを示す点が異なる。
【０１１４】
図４Ｂに示されるように、第１位相シフタ１３０ａと第２位相シフタ１３０ｂとの相対的な位相差を、所望の受信ビーム角度θを達成するべく−２πｆ（ｄ／ν）ｃｏｓθラジアンにほぼ等しくなるように選択することができる。距離ｄが約（１／２）λに対応する実装例において、位相差は、受信ビーム角度θを達成するべく−πｃｏｓθラジアンにほぼ等しくなるように選択することができる。
【０１１５】
ビームフォーミングを与える位相値のための様々な式が与えられているにもかかわらず、アンテナアレイの実装、信号コンディショニング回路の実装、及び／又は無線環境に基づいて選択された位相値のような他の位相選択値も可能である。
【０１１６】
さらに、所定のアプリケーションにおいて、アンテナシステムがチューニング可能帯域幅を有し、ひいては送信周波数及び／又は受信周波数を制御することが望ましい。
【０１１７】
図１〜４Ｂの通信ネットワーク及びシステムは、ここでの教示に従って実装された再構成可能アンテナシステムを含み得る無線周波数電子機器の例を示す。しかしながら、ここでの教示は、無線周波数電子機器の他の構成にも適用可能である。
【０１１８】
周波数及び偏波再構成可能アンテナシステムの例
【０１１９】
再構成可能アンテナシステムの装置及び方法がここに与えられる。所定の構成において、アンテナシステムは、アンテナ素子、アンテナ素子に隣接し及びアンテナ素子から離間するチューニング導体、並びにチューニング導体と基準電位（例えばグランド電位）との間に電気的に接続されたスイッチを含む。チューニング導体は、アンテナ素子に負荷を与えるべく動作可能であり、スイッチは、アンテナ素子をチューニングするべく、選択的にチューニング導体を基準電位に接続する。
【０１２０】
この態様でアンテナシステムを実装することにより、アンテナ素子のアンテナ特性を制御することができる。例えば、チューニング導体が基準電位に接続されると、チューニング導体は、チューニング導体が基準電位から接続解除される（例えば電気的に浮遊する）ときに対してアンテナ素子の動作を修正する二次共振を与える。すなわち、スイッチの状態の選択（低インピーダンス状態又は高インピーダンス状態の選択）により、アンテナ素子の帯域幅及び／又は偏波方向を制御し、ひいては周波数及び／又は偏波の設定可能性を与えることができる。
【０１２１】
所定の実装例において、アンテナ素子は、信号を受信するための信号フィード、及びフィードスイッチ（例えばグランドスイッチ）を介して選択的にグランド又は他の適切な基準電位に接続する基準フィード（例えばグランドフィード）を含む。フィードスイッチを含むことにより、アンテナ特性をチューニングするさらなるメカニズム又はノブが得られる。例えば、フィードスイッチの状態は、基準フィードを基準電位に接続するか又は基準フィードを基準電位から接続解除する（例えば基準フィードを電気的に浮遊させる）かのいずれかによってアンテナ素子の動作特性を修正するべく使用することができる。
【０１２２】
所定の実装例において、多数のスイッチ及び多数のチューニング導体が設けられる。一例において、２つ以上のチューニング導体によってアンテナ素子がチューニングされる。第２例において、２つ以上のアンテナ素子に対して別個のチューニング導体が設けられる。第３例において、２つ以上のアンテナ素子をチューニングするべく共有チューニング導体が使用される。
【０１２３】
アンテナシステムのスイッチ状態を、経時的に変化させ、ひいては所与の瞬間に所望される性能特性を与えるべくアンテナシステムを再構成することができる。例えば、所与の時刻において所与の動作環境に対し最適の又は最適に近い放射パターンを与えるべく、スイッチの状態を制御することができる。すなわち、携帯通信デバイスが基地局に対して動くにつれて、及び／又はシグナリング環境が変化するにつれて、携帯通信デバイスと基地局との間にシームレスの接続性を与えることができる。一例において、スイッチの状態が、移動している携帯通信デバイスの円偏波を維持するべく制御される。
【０１２４】
所定の実装例において、スイッチの状態は、通信リンクのフィードバックパラメータに基づいて制御される。すなわち、閉システム又は半閉システムを介した制御ループを使用して適切なアンテナ特性を達成するべく、スイッチ状態を制御することができる。
【０１２５】
一例において、アンテナシステムは、基地局と通信している携帯通信デバイスに含めることができる。付加的に、携帯通信デバイスのスイッチ状態の選択を制御するべく、受信強度信号インジケータ（ＲＳＳＩ）、誤差割合インジケータ、及び／又は基地局からの他の信号を使用することができる。他例において、アンテナシステムは、携帯通信デバイスと通信する基地局（例えばマクロセル基地局又はスモールセル基地局）に含まれる。付加的に、基地局のスイッチ状態の選択を制御するべく、ＲＳＳＩ、誤差割合インジケータ、及び／又は携帯通信デバイスからの他の信号を使用することができる。
【０１２６】
ここでのアンテナシステムは、広範囲の周波数、例えば約５００ＭＨｚから３００ＧＨｚ、詳しくは２０ＧＨｚから１００ＧＨｚの範囲にある周波数の信号を送信及び／又は受信するのに適切である。
【０１２７】
所定の実施形態において、チューニング導体は、長さが約１ｍｍ未満、幅が約０．３ｍｍ未満であり、アンテナ素子から約１００μｍだけ離間されている。しかしながら、他のチューニング導体の寸法及び間隔も可能である。様々な実施形態において、アンテナ素子は、幅が約１．５ｍｍ未満、長さが約１．５ｍｍ未満である。しかしながら、他のアンテナ寸法も可能である。
【０１２８】
図５Ａは、チューニング可能アンテナ１６０の一実施形態の模式的な図である。チューニング可能アンテナ１６０は、アンテナ素子１５１、チューニング導体１５６及びスイッチ１５７を含む。チューニング可能アンテナ１６０は、チューニングを備えるアンテナシステムの一例である。
【０１２９】
チューニング導体１５６は、アンテナ素子１５６に隣接し及びアンテナ素子１５６から離間する。付加的に、チューニング導体１５６は、アンテナ素子１５１に負荷を与え、ひいてはアンテナ素子１５１の一つ以上の特性に影響を及ぼすべく動作する。チューニング導体１５６が矩形の金属ストリップとして示されるにもかかわらず、チューニング導体１５６は他の態様の形状としてよい。
【０１３０】
図５Ａに示されるように、スイッチ１５７は、チューニング導体１５６と基準電位（例えばグランド電位）との間に電気的に接続される。付加的に、スイッチ１５７は、アンテナ素子１５１をチューニングするべく、選択的にチューニング導体１５６を基準電位に接続する役割を果たす。
【０１３１】
このようにチューニング可能アンテナ１６０を実装することにより、アンテナ素子１５１のアンテナ特性を制御することができる。例えば、チューニング導体１５６が基準電位に接続されるとき、チューニング導体１５６は、チューニング導体１５６が基準電位から接続解除される（例えば電気的に浮遊される）ときに対してアンテナ素子１５１の動作を修正する二次共振を与える。
【０１３２】
図５Ｂは、チューニング可能アンテナアレイ１７０の一実施形態の模式的な図である。チューニング可能アンテナアレイ１７０は、チューニングを備えるアンテナシステムの他例を示す。図５Ｂの実施形態は図５Ａの実施形態と同様だが、図５Ｂのチューニング可能アンテナアレイ１７０が多数のアンテナ素子１５１ａ〜１５１ｄを含む点が異なる。
【０１３３】
４つのアンテナ素子を有する一例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、これよりも多い又は少ないアンテナ素子を使用する構成を含む多種多様なアンテナシステムに適用可能である。
【０１３４】
アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｄは、多種多様な態様で実装されたアンテナ素子に対応し得る。例えば、アンテナ素子の例は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ及び／又はレーザ直接構造化アンテナを含むがこれらに限られない。
【０１３５】
チューニング導体１５６は、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｄに負荷を与える役割を果たす。すなわち、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｄの帯域幅をチューニングするべく、スイッチ１５７の状態を制御することができる。
【０１３６】
図５Ｂは、２つ以上のアンテナ素子をチューニングするべく共有されたチューニング導体を使用する一例を示すにもかかわらず、ここでの教示はまた、一つ以上のアンテナ素子をチューニングするべく多数のスイッチ制御チューニング導体が設けられる実装例に対して適用可能である。一例において、２つ以上のチューニング導体によってアンテナ素子がチューニングされる。第２例において、２つ以上のアンテナ素子に対して別個のチューニング導体が設けられる。
【０１３７】
図５Ｅは、チューニングを備えたチューニング可能アンテナアレイ１７１の他実施形態の模式的な図である。チューニング可能アンテナアレイ１７１は、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉを含む。これらは、この実施形態においてスリーバイスリー（３×３）アレイに配列される。チューニング可能アンテナアレイ１７１はさらに、チューニング導体１５６ａ〜１５６ｉ及びスイッチ１５７ａ〜１５７ｉを含む。
【０１３８】
図５Ｃに示されるように、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉはそれぞれが、スイッチ制御チューニング導体によりチューニングされる。例えば、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉは、チューニング導体１５６ａ〜１５６ｉそれぞれによって負荷が与えられる。さらに、スイッチ１５７ａ〜１５７ｉは、チューニング導体１５６ａ〜１５６ｉそれぞれの基準電位（例えばグランド）への接続を個別に制御する。
【０１３９】
チューニング可能アンテナアレイ１７１は、チューニングを備えるアンテナシステムの他例を示す。３×３アンテナアレイを有する一例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、これよりも多い又は少ないアンテナ素子を含むアンテナシステムにも適用可能である。さらに、アンテナ素子は、例えば直線状のアレイ、及び／又はアンテナ素子の不均一な配列を使用するアレイを含む他のパターン又は構成でアレイにすることができる。さらに、スイッチとチューニング導体との一対一の対応を有する一例が示されるにもかかわらず、所定の実装例において、一つのスイッチが２つ以上のチューニング導体を制御し、及び／又は一つのチューニング導体が２つ以上のスイッチにより制御される。したがって、他の実装例も可能である。
【０１４０】
図５Ｅは、チューニング可能アンテナアレイ１７２の他実施形態の模式的な図である。チューニング可能アンテナアレイ１７２は、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉを含む。これらは、この実施形態においてスリーバイスリー（３×３）アレイに配列される。チューニング可能アンテナアレイ１７２はさらに、チューニング導体１５６ａ１、１５６ａ２、１５６ｂ１、１５６ｂ２、１５６ｃ１、１５６ｃ２、１５６ｄ１、１５６ｄ２、１５６ｅ１、１５６ｅ２、１５６ｆ１、１５６ｆ２、１５６ｇ１、１５６ｇ２、１５６ｈ１、１５６ｈ２、１５６ｉ１、１５６ｉ２を含む。チューニング可能アンテナアレイ１７２はさらに、スイッチ１５７ａ１、１５７ａ２、１５７ｂ１、１５７ｂ２、１５７ｃ１、１５７ｃ２、１５７ｄ１、１５７ｄ２、１５７ｅ１、１５７ｅ２、１５７ｆ１、１５７ｆ２、１５７ｇ１、１５７ｇ２、１５７ｈ１、１５７ｈ２、１５７ｉ１、１５７ｉ２を含む。図５Ｄに示されるように、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉはそれぞれが、各アンテナ素子の一対の対向側に位置決めされた２つのスイッチ制御チューニング導体によってチューニングされる。
【０１４１】
チューニング可能アンテナアレイ１７２は、チューニングを備えるアンテナシステムの他例を示す。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０１４２】
図５Ｅは、チューニング可能アンテナアレイ１７３の他実施形態の模式的な図である。チューニング可能アンテナアレイ１７３は、アンテナ素子１５１ａ〜１５１ｉを含む。これらは、この実施形態においてスリーバイスリー（３×３）アレイに配列される。付加的に、チューニング可能アンテナアレイ１７３はさらに、第１チューニング導体１５６ａ、第２チューニング導体１５６ｂ、第１スイッチ１５７ａ及び第２スイッチ１５７ｂを含む。
【０１４３】
図５Ｅに示されるように、２つのスイッチ制御チューニング導体が、アレイ列間に位置決めされて当該アレイにチューニングを与える。この例において、第１チューニング導体１５７ａはアンテナ素子１５１ａ〜１５１ｆに負荷を与え、第２チューニング導体１５７ｂはアンテナ素子１５１ｄ〜１５１ｉに負荷を与える。
【０１４４】
チューニング可能アンテナアレイ１７３は、チューニングを備えるアンテナシステムの他例を示す。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０１４５】
図６Ａは、一実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ２３０の模式的な図である。チューニング可能パッチアンテナ２３０は、パッチアンテナ素子２０１、第１チューニング導体２１１、第２チューニング導体２１２、第３チューニング導体２１３、第４チューニング導体２１４、第１トランジスタスイッチ２２１、第２トランジスタスイッチ２２２、第３トランジスタスイッチ２２３及び第４トランジスタスイッチ２２４を含む。
【０１４６】
図６Ａが、一つのパッチアンテナ素子、４つのチューニング導体、及び４つのスイッチを有するチューニング可能パッチアンテナの一実装例を示すにもかかわらず、他の構成も可能である。例えば、チューニング可能パッチアンテナは、他の数のチューニング導体及び／又はスイッチを含み得る。パッチアンテナを有する一例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、異なるアンテナタイプを使用する実装例にも適用可能である。さらに、ここでの教示は、アンテナ素子のアレイを含むアンテナシステムに適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
【０１４７】
パッチアンテナ素子２０１は、信号を受ける信号フィード２０２、及びグランドを受けるグランドフィード２０３を含む。所定の実装例において、チューニング可能パッチアンテナ２３０はさらに、選択的にグランドフィード２０３をグランドに接続し、ひいては付加的なノブを与えてチューニング可能パッチアンテナ２３０のアンテナ特性を制御するグランドスイッチを含む。
【０１４８】
パッチアンテナ素子２０１は、実装に応じて信号を送信及び／又は受信するべく使用することができる。したがって、パッチアンテナ素子２０１は、送信アンテナ、受信アンテナ又は送信／受信アンテナとしての役割を果たすことができる。一例において、信号フィード２０２は、電力増幅器出力信号のような送信信号を受信する。他例において、信号フィード２０２は、受信信号を低雑音増幅器（ＬＮＡ）又は他の受信器回路に与えるべく使用される。
【０１４９】
図示のパッチアンテナ素子２０１が実質的に矩形の形状とされるにもかかわらず、パッチアンテナ素子は、多種多様な態様の形状にすることができる。
【０１５０】
パッチアンテナ素子２０１及びチューニング導体２１１〜２１４は、平面構成で実装することができる。例えば、チューニング可能パッチアンテナ２３０は、積層材のような基板の一側に実装することができる。様々な実施形態において、積層材は、有機積層材であり、及び／又は４つ以下の導電層を有する積層材である。すなわち、パッチアンテナ素子２０１及びチューニング導体２１１〜２１４は、基板のパターン導電層に実装することができる。
【０１５１】
図示の実施形態において、チューニング導体２１１〜２１４は、パッチアンテナ素子２０１から離間され、パッチアンテナ素子２０１の境界又は周縁を取り囲む。例えば、第１チューニング導体２１１はパッチアンテナ素子２０１の上側に隣接して位置決めされ、第２チューニング導体２１２はパッチアンテナ素子２０１の右側に隣接して位置決めされ、第３チューニング導体２１３はパッチアンテナ素子２０１の下側に隣接して位置決めされ、第４チューニング導体２１４はパッチアンテナ素子２０１の左側に隣接して位置決めされる。４つの矩形チューニング導体を含む一例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、これよりも多い又は少ないチューニング導体、並びに／又は異なる形状、サイズ及び／若しくは配向のチューニング導体を含む実装例にも適用可能である。したがって、他の実装例も可能である。
【０１５２】
図６Ａに示されるように、トランジスタスイッチ２２１〜２２４は、チューニング導体２２１〜２２４のグランドへの接続を個別に制御する。
【０１５３】
図示の実施形態において、第１トランジスタスイッチ２２１は、第１チューニング導体２１１とグランドとの間に電気的に接続され、第１制御信号Ｃ１によって制御される。付加的に、第２トランジスタスイッチ２２２は、第２チューニング導体２１２とグランドとの間に電気的に接続され、第２制御信号Ｃ２によって制御される。さらに、第３トランジスタスイッチ２２３は、第３チューニング導体２１３とグランドとの間に電気的に接続され、第３制御信号Ｃ３によって制御される。付加的に、第４トランジスタスイッチ２２４は、第４チューニング導体２１４とグランドとの間に電気的に接続され、第４制御信号Ｃ４によって制御される。
【０１５４】
トランジスタスイッチを使用する実装例が示されるにもかかわらず、ピンダイオードスイッチ及び／又は微小電気機械スイッチを使用する実装例を含むがこれらに限られない他のスイッチ実装例も可能である。
【０１５５】
制御信号Ｃ１〜Ｃ４は、多種多様な態様で生成することができる。一例において、通信デバイスの送受信器が、制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成し、ひいてはトランジスタスイッチ２２１〜２２４の状態を制御する。所定の実装例において、不揮発性メモリのようなプログラム可能メモリに格納されたデータが、スイッチ状態を制御するべく使用される。
【０１５６】
制御信号Ｃ１〜Ｃ４は、選択的にトランジスタスイッチ２２１〜２２４それぞれをグランドに接続し、ひいてはチューニング可能パッチアンテナ２３０のアンテナ特性を変えるべく使用される。
【０１５７】
したがって、チューニング可能パッチアンテナ２３０は、トランジスタスイッチ２２１〜２２４の状態を制御することによって再構成可能である。この態様でチューニング導体２１１〜２１４を制御することにより、帯域幅及び／又は偏波のようなアンテナ特性を制御することができる。例えば、この態様でチューニング可能パッチアンテナ２３０を実装することにより、周波数帯域幅及び／又は特定方向への偏波操舵が補助され得る。
【０１５８】
チューニング可能パッチアンテナ２３０の付加的な詳細を、最初の方で記載してよい。
【０１５９】
図６Ｂは、他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ２４０の模式的な図である。チューニング可能パッチアンテナ２４０は、パッチアンテナ素子２３１、第１チューニング導体２１１、第２チューニング導体２１２、第３チューニング導体２１３、第４チューニング導体２１４、第１トランジスタスイッチ２２１、第２トランジスタスイッチ２２２、第３トランジスタスイッチ２２３及び第４トランジスタスイッチ２２４を含む。
【０１６０】
図６Ｂのチューニング可能パッチアンテナ２４０は、図６Ａのチューニング可能パッチアンテナ２３０と同様であるが、チューニング可能パッチアンテナ２４０が異なる形状のパッチアンテナ素子を含む点が異なる。特に、図６Ｂのパッチアンテナ素子２３１は、八角形状を含む。ここでの教示は、アンテナ素子の他の実装例と同様に、様々な形状及び／又はサイズを有するように実装されたパッチアンテナ素子にも適用可能である。
【０１６１】
チューニング可能パッチアンテナ２４０の付加的な詳細を、最初の方で記載してよい。
【０１６２】
図６Ｃは、他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ２７０の模式的な図である。チューニング可能パッチアンテナ２７０は、パッチアンテナ素子２０１、第１チューニング導体２５１、第２チューニング導体２５２、第３チューニング導体２５３、第４チューニング導体２５４、第５チューニング導体２５５、第６チューニング導体２５６、第７チューニング導体２５７、第８チューニング導体２５８、第１トランジスタスイッチ２６１、第２トランジスタスイッチ２６２、第３トランジスタスイッチ２６３、第４トランジスタスイッチ２６４、第５トランジスタスイッチ２６５、第６トランジスタスイッチ２６６、第７トランジスタスイッチ２６７及び第８トランジスタスイッチ２６８を含む。
【０１６３】
図６Ｃのチューニング可能パッチアンテナ２７０は、図６Ａのチューニング可能パッチアンテナ２３０と同様であるが、チューニング可能パッチアンテナ２７０が、パッチアンテナ素子２０１の周縁を取り囲むチューニング導体の異なる実装例を含む点が異なる。例えば、図示のチューニング導体２５１〜２５８は、パッチアンテナ素子２０１の側部に沿って、一側ごとにチューニング導体が２つとなるように位置決めされる。付加的に、トランジスタスイッチ２６１〜２６８は、制御信号Ｃ１〜Ｃ８それぞれによって制御され、ひいてはチューニング導体２５１〜２５８のグランドへの接続を制御する。
【０１６４】
ここでの教示は、アンテナ素子を取り囲む多種多様なチューニング導体に適用可能である。例えば、異なる数、形状、サイズ及び／又は配向のチューニング導体をアンテナシステムに含めることができる。したがって、他の実装例も可能である。
【０１６５】
チューニング可能パッチアンテナ２７０の付加的な詳細を、最初の方で記載してよい。
【０１６６】
図６Ｄは、一実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ２８０の模式的な図である。チューニング可能パッチアンテナアレイ２８０は、一アレイのチューニング可能パッチアンテナ２３０ａ〜２３０ｉを含む。これらはそれぞれが、図６Ａに対して述べたように実装され得る。図面の明確性を目的として、各チューニング導体の電位を制御するスイッチは示されていない。
【０１６７】
３×３アレイのチューニング可能パッチアンテナが示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ないパッチアンテナ及び／又は異なるパッチアンテナ実装例をアレイに含めることができる。さらに、ここでの教示は、異なるアンテナタイプを使用するチューニング可能アンテナシステムに適用可能である。
【０１６８】
多数のアンテナをアレイに含めることにより、一定数の利点が得られる。例えば、一アレイのアンテナを、多入力他出力（ＭＩＭＯ）通信及び／又はビームフォーミング通信を与えるべく動作可能とすることができる。
【０１６９】
チューニング可能パッチアンテナ２８０の付加的な詳細を、最初の方で記載してよい。
【０１７０】
図６Ｅは、他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ２９０の模式的な図である。チューニング可能パッチアンテナアレイ２９０は、一アレイのチューニング可能パッチアンテナ２４０ａ〜２４０ｉを含む。これらはそれぞれが、図６Ｂに対して述べたように実装され得る。図面の明確性を目的として、各チューニングの電位を制御するスイッチは示されていない。
【０１７１】
３×３アレイのチューニング可能パッチアンテナが示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ないパッチアンテナ及び／又は異なるパッチアンテナ実装例をアレイに含めることができる。さらに、ここでの教示は、異なるタイプのアンテナを使用するチューニング可能アンテナシステムに適用可能である。
【０１７２】
チューニング可能パッチアンテナ２９０の付加的な詳細を、最初の方で記載してよい。
【０１７３】
図８Ａは、他実施形態に係るＲＦモジュール６００の斜視図である。図７Ｂは、図７ＡのＲＦモジュール６００の断面である。ＲＦモジュール６００は、積層材基板又は積層材５０１、第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａ、第２チューニング可能パッチアンテナ４５０ｂ、及び半導体ダイ又はＩＣ５１０（図７Ａにおいて不可視）を含む。
【０１７４】
図７Ａ及び７Ｂに示されないにもかかわらず、ＲＦモジュール６００は、明確性を目的として図面から省略されていた付加的な構造及びコンポーネントを含み得る。付加的に、所定の層が、ビアのような所定のコンポーネントを可視とするべく透明に描かれている。
【０１７５】
第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａは、パッチアンテナ素子４３１ａ、信号フィード４０２ａ、グランドフィード４０３ａ、チューニング導体４１１ａ、４１２ａ、４１３ａ、４１４ａ、ビア４４１ａ、４４２ａ、４４３ａ、４４４ａ、４４５ａ、及びスイッチ５１７（図７Ａにおいて不可視）を含む。
【０１７６】
第２チューニング可能パッチアンテナ４５０ｂは、パッチアンテナ素子４３１ｂ、信号フィード４０２ｂ、グランドフィード４０３ｂ、チューニング導体４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ、４１４ｂ、ビア４４１ｂ、４４２ｂ、４４３ｂ、４４４ｂ、４４５ｂ、及びスイッチ５１８（図７Ａにおいて不可視）を含む。
【０１７７】
所定の実装例において、パッチアンテナ素子４３１ａは、無線波を受信する受信（ＲＸ）アンテナとしての役割を果たし、パッチアンテナ素子４３１ｂは、無線波を送信する送信（ＴＸ）アンテナとして実装される。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０１７８】
図７Ａ〜７Ｂを参照すると、第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａのスイッチ５１７は、本実施形態において、積層材５０１の内部層に統合される。付加的に、スイッチ５１７は、選択的にグランドをチューニング導体４１１ａ、４１２ａ、４１３ａ及び４１４ａに、ビア４４１ａ、４４２ａ、４４３ａ及び４４４ａそれぞれを経由して与える。同様に、第２チューニング可能パッチアンテナ４５０ｂのスイッチ５１８は、積層材５０１の内部に統合され、選択的のグランドをチューニング導体４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ及び４１４ｂに、ビア４４１ｂ、４４２ｂ、４４３ｂ及び４４４ｂそれぞれを経由して与える。図７Ｂの断面ではスイッチのうち４つが可視であるにもかかわらず、任意の適切な数のスイッチを含めることができる。例えば、ＲＦモジュール６００は、各チューニング導体に対して一つのスイッチを含み得る。
【０１７９】
スイッチ５１７、５１８を積層材５０１の内部に含めることにより、導電経路長を減少させることができ、ひいては性能を高めて経路の混雑を緩和することができる。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０１８０】
例えば、他実施形態において、複数のスイッチが、表面搭載コンポーネントとして及び／又はＩＣ５１０又は他のダイのような半導体ダイ上に実装される。
【０１８１】
図示の実施形態において、パッチアンテナ素子及びチューニング導体は積層材５０１の第１側に存在し、ＩＣ５１０は第１側に対向する積層材５０１の第２側に存在する。本実施形態においてＩＣ５１０が積層材５０１の第２側に存在するにもかかわらず、他の実装例も可能である。例えば、他実施形態において、ＩＣ５１０は、積層材５０１の内部層に埋め込まれる。
【０１８２】
所定の実装例において、ＩＣ５１０は、送受信器、フロントエンド、及び／又は通信デバイスの他の回路を含むので、通信デバイスのラジオとしての役割を果たすことができる。一つの半導体チップを有する実装例が示されるにもかかわらず、ここでの教示は、付加的なチップを有する又はチップを有しないＲＦモジュールにも適用可能である。
【０１８３】
所定の実装例において、ＩＣ５１０は、スイッチ５１７、５１８の状態を制御する制御信号を生成する。一実施形態において、ＩＣ５１０は、モバイル産業用プロセッサインタフェイス（ＭＩＰＩ）、無線周波数フロントエンド（ＲＦＦＥ）バス、インター集積回路（Ｉ２Ｃ）バス、及び／又は、スイッチ状態を制御するデータを受信する汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）バスのようなインタフェイスを含む。
【０１８４】
図７Ｂに示されるように、積層材５０１の一部分６３０のさらなる詳細が、模式的に描かれる。積層材部分６３０は、積層材５０１の右エッジに対応する。図示の実施形態において、積層材部分６３０は、第１導電層５２１、第２導電層５２２、第３導電層５２３、第４導電層５２４、第１はんだマスク５３１、第２はんだマスク５３２、第１誘電層５４１、第２誘電層５４２、第３誘電層５４３、及びビア５５０を含む。
【０１８５】
４つの導電層及び３つの非導電層を有する一例が示されるにもかかわらず、他の数の層を使用してもよい。
【０１８６】
所定の実装例において、パッチアンテナ素子及びチューニング導体は、第１導電層５２１においてパターンを有し、第２導電層５２２は、パッチアンテナ素子に対するグランド平面としての役割を果たす。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０１８７】
積層材５０１は、様々な厚さの層を有するように実装することができる。一つの特定例において、はんだマスクはそれぞれが厚さ２０μｍであり、導電層はそれぞれが厚さ１５μｍであり、第１誘電層は厚さ３００μｍであり、第２誘電層及び第３誘電層はそれぞれ厚さ１５μｍである。層厚さの一つの特定例が示されているにもかかわらず、積層材は、多種多様な態様で実装することができる。例えば、積層材の層の数、組成及び／又は厚さは、実装例及び／又はアプリケーションに基づいて幅広く変えることができる。
【０１８８】
図８Ａは、他実施形態に係るＲＦモジュール７００の斜視図である。図８Ｂは、図８ＡのＲＦモジュール７００の、８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面である。
【０１８９】
ＲＦモジュール７００は、積層材５０１、第１チューニング可能アンテナ７５０ａ及び第２チューニング可能アンテナ７５０ｂを含む。第１チューニング可能アンテナ７５０ａは、突出するフィン７３５ａ、７３６ａを含む３次元アンテナ素子７３１ａと、フィン７４５ａ、７４６ａ、７４７ａ及び７４８ａそれぞれを含む３次元チューニング導体７１１ａ、７１２ａ、７１３ａ及び７１４ａとを含む。付加的に、第１チューニング可能アンテナ７５０ｂは、突出するフィン７３５ｂ、７３６ｂを含む３次元アンテナ素子７３１ｂと、フィン７４５ｂ、７４６ｂ、７４７ｂ及び７４８ｂそれぞれを含む３次元チューニング導体７１１ｂ、７１２ｂ、７１３ｂ及び７１４ｂとを含む。図８Ａ及び８Ｂにおいて、図面の明確性を目的としてスイッチが省略されている。
【０１９０】
図８Ａ及び８Ｂに示されないにもかかわらず、ＲＦモジュール７００は、明確性を目的として図面から省略されていた付加的な構造及びコンポーネントを含み得る。付加的に、所定の層が、ビアのような所定のコンポーネントを可視とするべく透明に描かれている。
【０１９１】
ＲＦモジュール７００は、３次元アンテナ素子及び３次元チューニング導体を使用する一つの実装例を示す。ここでの教示は、多種多様な態様で実装されるアンテナ素子及びチューニング導体に適用可能である。
【０１９２】
図示の実施形態において、信号フィード７０２ａは、３次元アンテナ素子７３１ａに容量結合されることにより３次元アンテナ素子７３１ａにフィードを与える中心導体として実装される。付加的に、信号フィード７０２ａに隣接する３次元アンテナ素子７３１ａに、スロットが含まれている。同様に、信号フィード７０２ｂは、３次元アンテナ素子７３１ｂに容量結合された中心導体として実装される。アンテナ素子におけるスロットは、信号フィードからアンテナ素子の中を見るように入力インピーダンスの制御を補助する。
【０１９３】
図９は、他実施形態に係るＲＦモジュール７７０の断面である。ＲＦモジュール７７０は、積層材５０１、積層材５０１の第１側上に形成された封入体又はモールディング７５５、積層材５１０の第１側において封入体７５５上に形成されたアンテナ素子７５１、及び積層材５１０の第１側において封入体７５５上に形成されたチューニング導体７６１、７６２を含む。
【０１９４】
図９に示されるように、電気接続７６５は、アンテナ素子７５１及びチューニング導体７６１、７６２を積層材５０１の導体に接続するべく封入体７５５に含まれる。
【０１９５】
ＲＦモジュール７７０は、ここでの教示に係るＲＦモジュールの他例を示す。
【０１９６】
図１０Ａ〜１０Ｃは、一実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、すべてのチューニング導体がグランドされる図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０１９７】
図１０Ａは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０１９８】
図１０Ｂは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。軸比のグラフは、球座標系の角度に対応する角度θ及び角度φの異なる値に対するプロットを含む。例えば、θはｚ軸に対する極角に対応し、φは方位角に対応する。ここで、アンテナ素子はｘｙ平面内に存在する。
【０１９９】
アンテナの軸比は、重要な性能仕様となり得る。例えば、チューニング可能パッチアンテナは、双方のアンテナ偏波がアンテナのビーム幅において存在することを保証する補助となる約３ｄＢを下回る軸比で動作する仕様とすることができる。これらのプロットは、双方のアンテナ偏波が互いに一致することを示す。これは、信号通信が、双方の偏波によって行われ得ることを示す。
【０２００】
図１０Ｃは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２０１】
図１１Ａ〜１１Ｃは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、グランドフィード４０３ａは電気的に浮遊しており、グランドフィード４０３ｂ並びにチューニング導体４１１ａ、４１１ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、４１３ａ、４１３ｂ、４１４ａ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２０２】
図１１Ａは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２０３】
図１１Ｂは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。これらのプロットは、アンテナが、６１ＧＨｚから６８ＧＨｚの範囲において優秀な放射パターンを与えることを示す。付加的に、図１０Ｂと図１１Ｂとを比較することにより、パッチアンテナのグランドフィードを結合解除することで放射パターンが変わることがわかる。
【０２０４】
図１１Ｃは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２０５】
図１２Ａ〜１２Ｅは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、チューニング可能パッチアンテナ４５０ａの第４チューニング導体４１４ａは電気的に浮遊しており、グランドフィード４０３ａ、４０３ｂ、並びにチューニング導体４１１ａ、４１１ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、４１３ａ、４１３ｂ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２０６】
図１２Ａは、上述した実装例のための第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａの２つの偏波に対する放射パターンのグラフである。グラフにおける２つのプロットの重なりは、これらの偏波が所望の相関を示すことを表す。
【０２０７】
図１２Ｂは、上述した実装例のための第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａ（下に描かれる）と、第２チューニング可能パッチアンテナ４５０ｂ（上に描かれる）との放射パターンのグラフである。
【０２０８】
図１２Ｃは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２０９】
図１２Ｄは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２１０】
図１２Ｅは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２１１】
図１３Ａ〜１３Ｄは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、チューニング可能パッチアンテナ４５０ａの第２チューニング導体４１２ａは電気的に浮遊しており、グランドフィード４０３ａ、４０３ｂ、並びにチューニング導体４１１ａ、４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ａ、４１３ｂ、４１４ａ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２１２】
図１３Ａは、上述した実装例のための第１チューニング可能パッチアンテナ４５０ａの２つの偏波に対する放射パターンのグラフである。グラフにおける２つのプロットの重なりは、これらの偏波が所望の相関を示すことを表す。
【０２１３】
図１３Ｂは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２１４】
図１３Ｃは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２１５】
図１３Ｄは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２１６】
図１４Ａ〜１４Ｄは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、チューニング可能パッチアンテナ４５０ａの第１チューニング導体４１１ａ及び第３チューニング導体４１３ａは電気的に浮遊しており、グランドフィード４０３ａ、４０３ｂ、並びにチューニング導体４１１ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、４１３ｂ、４１４ａ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２１７】
図１４Ａは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの２つの偏波に対する放射パターンのグラフである。グラフにおける２つのプロットの重なりは、これらの偏波が所望の相関を示すことを表す。
【０２１８】
図１４Ｂは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２１９】
図１４Ｃは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２２０】
図１４Ｄは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２２１】
図１５Ａ〜１５Ｅは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、チューニング可能パッチアンテナ４５０のチューニング導体４１１ａ、４１２ａ、４１３ａは省略される。グランドフィード４０３ａ、４０３ｂ、並びにチューニング導体４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ、４１４ａ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２２２】
図１５Ａは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２２３】
図１５Ｂは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２２４】
図１５Ｃは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２２５】
図１５Ｄは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２２６】
図１５Ｅは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２２７】
図１６Ａ〜１６Ｅは、他実施形態に係るＲＦモジュールのアンテナ特性のグラフを示す。これらのグラフは、図７Ａ〜７ＢのＲＦモジュール６００の一実装例のアンテナ特性に対応する。ここで、チューニング可能パッチアンテナ４５０のチューニング導体４１１ａ、４１２ａ、４１３ａ及び４１４ａは省略される。グランドフィード４０３ａ、４０３ｂ、並びにチューニング導体４１１ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ及び４１４ｂはグランドである。特定のシミュレーション結果が示されるにもかかわらず、結果は、アンテナ実装及びシミュレーションモデルのような多種多様な因子に基づいて変わり得る。したがって、他の結果も可能である。
【０２２８】
図１６Ａは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａ及びチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの双方に対してプロットされたデュアル共振反射損失（Ｓ１１及びＳ２２）のグラフである。
【０２２９】
図１６Ｂは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの利得対周波数のグラフである。
【０２３０】
図１６Ｃは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ａの軸比のグラフである。
【０２３１】
図１６Ｄは、上述した実装例のためのチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの利得対周波数のグラフである。
【０２３２】
図１６Ｅは、上述した実装例のための異なる角度掃引に対するチューニング可能パッチアンテナ４５０ｂの軸比のグラフである。
【０２３３】
図１７Ａは、他実施形態に係るＲＦモジュール９００の平面図である。ＲＦモジュール９００は、積層材９０１、第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ａ、及び第２チューニング可能パッチアンテナ９５０ｂを含む。第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ａは、パッチアンテナ素子９３１ａ、信号フィード９０２ａ、グランドフィード９０３ａ、及びチューニング導体９１１ａ、９１２ａ、９１３ａ、９１４ａを含む。付加的に、第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ｂは、パッチアンテナ素子９３１ｂ、信号フィード９０２ｂ、グランドフィード９０３ｂ、及びチューニング導体９１１ｂ、９１２ｂ、９１３ｂ、９１４ｂを含む。ビア及びスイッチは、図１７Ａにおいて不可視である。
【０２３４】
図１７Ｂは、他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ９５０ａの斜視図である。図１７Ｂのチューニング可能パッチアンテナ９５０ａは、図１７ＡのＲＦモジュール９００のようなＲＦモジュールに含まれるのに適切なチューニング可能パッチアンテナの一実装例に対応する。チューニング可能パッチアンテナ９５０ａは、パッチアンテナ素子９３１ａ、信号フィード９０２ａ、グランドフィード９０３ａ、チューニング導体９１１ａ、９１２ａ、９１３ａ、９１４ａ、及びビア９４１ａ、９４２ａ、９４３ａ、９４４ａ、９４５ａ、９４６ａを含む。付加的に、チューニング可能パッチアンテナ９５０ａは、図１７Ｂにおいては不可視のスイッチを含む。
【０２３５】
図１７Ａ及び１７Ｂに示されないにもかかわらず、ＲＦモジュール９００は、明確性を目的として図面から省略されていた付加的な構造及びコンポーネントを含み得る。付加的に、所定の層が、ビアのような所定のコンポーネントを可視とするべく透明に描かれている。
【０２３６】
図１７Ａ及び１７Ｂに示されるように、パッチアンテナ素子９３１ａ、９３１ｂは、容量性信号フィードを含む。例えば、図１７Ｂに示されるように、信号フィード９０２ａは、パッチアンテナ素子９０１ａに容量結合されることによりパッチアンテナ素子９０１ａにフィードを与える中心導体として実装される。すなわち、信号フィード９０２ａは、本実施形態において、パッチアンテナ素子９０１ａに物理的に接触しない。この態様でパッチアンテナ素子を実装することにより、所望のアンテナ特性を精密チューニング制御することが補助される。
【０２３７】
図１８Ａは、他実施形態に係るＲＦモジュール９７０の平面図である。ＲＦモジュール９７０は、積層材９０１、第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ａ、及び第２チューニング可能パッチアンテナ９６０ｂを含む。第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ａは、図１７Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ａと同様であるが、図１８Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ａが、スロット９５２ａを含むパッチアンテナ素子９５１ａを含む点が異なる。同様に、第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ｂは、図１７Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ｂと同様であるが、図１８Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ｂが、スロット９５２ｂを含むパッチアンテナ素子９５１ｂを含む点が異なる。
【０２３８】
図１８Ｂは、他実施形態に係るチューニング可能パッチアンテナ９６０ａの斜視図である。図１８Ｂのチューニング可能パッチアンテナ９６０ａは、図１８ＡのＲＦモジュール９７０のようなＲＦモジュールに含まれるのに適切なチューニング可能パッチアンテナの一実装例に対応する。図１８Ｂの第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ａは、図１８Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９５０ａと同様であるが、図１８Ａの第１チューニング可能パッチアンテナ９６０ａが、スロット９５２ａを含むパッチアンテナ素子９５１ａを含む点が異なる。
【０２３９】
パッチアンテナ素子にスロットを含めることにより、信号フィードからパッチアンテナ素子の中を見るように入力インピーダンスの制御が補助される。
【０２４０】
ここでのアンテナ素子はいずれも、容量性信号フィード及び／又はスロットを含み得る。
【０２４１】
図１９は、ＲＦモジュールの一実施形態のデュアル共振反射損失の測定対シミュレーションのグラフである。シミュレーションは、高周波数構造シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用してとられた。図１９に示されるように、測定対シミュレーションの結果は、相対的に近い。
【０２４２】
図２０は、携帯デバイス８００の一実施形態の模式的な図である。携帯デバイス８００は、ベース帯域システム８０１、サブミリメートル波（ｍｍＷ）送受信器８０２、サブｍｍＷフロントエンドシステム８０３、サブｍｍＷアンテナ８０４、電力管理システム８０５、メモリ８０６、ユーザインタフェイス８０７、ｍｍＷベース帯域（ＢＢ）／中間周波数（ＩＦ）送受信器８１２、ｍｍＷフロントエンドシステム８１３、及びｍｍＷアンテナ８１４を含む。
【０２４３】
図２０の携帯デバイス８００は、グランドチューニングを有する再構成可能アンテナシステムを含み得る携帯デバイスの一例を示す。しかしながら、ここでの教示は、携帯デバイス及びＲＦ電子の他の実装例にも適用可能である。
【０２４４】
携帯デバイス８００は、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ、ＬＴＥアドバンスト及びＬＴＥアドバンストプロを含む）、５Ｇ ＮＲ、ＷＬＡＮ（例えばＷｉ−Ｆｉ）、ＷＰＡＮ（例えばブルートゥース（登録商標）及びＺｉｇＢｅｅ（登録商標））、ＷＭＡＮ（例えばＷｉＭａｘ）、及び／又はＧＰＳ技術を含むがこれらに限られない多種多様な通信技術を使用して通信するべく使用することができる。
【０２４５】
図示の実施形態において、サブｍｍＷ送受信器８０２、サブｍｍＷフロントエンドシステム８０３、及びサブｍｍＷアンテナ８０４が、センチメートル波、及びミリメートル波周波数未満の他の無線周波数信号を送信及び受信する役割を果たす。付加的に、ｍｍＷ ＢＢ／ＩＦ送受信器８１２、ｍｍＷフロントエンドシステム８１３、及びｍｍＷアンテナ８１４が、ミリメートル波を送信及び受信する役割を果たす。一つの特定例が示されるにもかかわらず、異なる周波数範囲及び波長にわたって動作する回路を使用して動作する携帯デバイスを含むがこれらに限られない他の実装例も可能である。
【０２４６】
サブｍｍＷ送受信器８０２は、送信のためのＲＦ信号を生成し、サブｍｍＷアンテナ８０４から受信した入来ＲＦ信号を処理する。理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々な機能は、サブｍｍＷ送受信器８０２として図２０にまとめて表されている一つ以上のコンポーネントによって達成することができる。一例において、所定タイプのＲＦ信号を扱うべく別個のコンポーネント（例えば別個の回路又はダイ）を設けることができる。
【０２４７】
サブｍｍＷフロントエンドシステム８０３は、アンテナ８０４に送信及び／又はアンテナ８０４から受信された信号のコンディショニングを補助する。図示の実施形態において、フロントエンドシステム８０３は、電力増幅器（ＰＡｓ）８２１、低雑音増幅器（ＬＮＡｓ）８２２、フィルタ８２３、スイッチ８２４及びデュプレクサ８２５を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。
【０２４８】
例えば、サブｍｍＷフロントエンドシステム８０３は、送信のための信号増幅、受信信号の増幅、信号のフィルタリング、異なる帯域間のスイッチング、異なる電力モード間のスイッチング、送信モード及び受信モード間のスイッチング、信号のデュプレクシング、信号のマルチプレクシング（例えばダイプレクシング又はトライプレクシング）、又はこれらの何らかの組み合わせを含むがこれらに限られない一定数の機能を与えることができる。
【０２４９】
所定の実装例において、携帯デバイス８００はキャリアアグリゲーションをサポートするので、ピークデータレートを増加させる柔軟性が得られる。キャリアアグリゲーションは、周波数分割デュプレクシング（ＦＤＤ）及び時分割デュプレクシング（ＴＤＤ）の双方に使用することができ、複数のキャリア又はチャネルを集約するべく使用され得る。キャリアアグリゲーションは、同じ動作周波数帯域内の隣接キャリアが集約される隣接集約を含む。キャリアアグリゲーションはまた、不連続であってもよく、共通の帯域内の又は異なる帯域における周波数が分離されたキャリアを含んでよい。
【０２５０】
サブｍｍＷアンテナ８０４は、多種多様なタイプの通信のために使用されるアンテナを含み得る。例えば、サブｍｍＷアンテナ８０４は、多種多様な周波数及び通信規格に関連付けられた信号を送信及び／又は受信するアンテナを含み得る。
【０２５１】
ｍｍＷ ＢＢ／ＩＦ送受信器８１２は、送信のためのミリメートル波信号を生成し、ｍｍＷアンテナ８１４から受信した入来ミリメートル波信号を処理する。理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々な機能は、ｍｍＷ送受信器８１２として図２０にまとめて表されている一つ以上のコンポーネントによって達成することができる。ｍｍＷ ＢＢ／ＩＦ送受信器８１２は、実装に基づいてベース帯域周波数又は中間周波数で動作することができる。
【０２５２】
ｍｍＷフロントエンドシステム８１３は、ｍｍＷアンテナ８１４に送信及び／又はｍｍＷアンテナ８１４から受信された信号のコンディショニングを補助する。図示の実施形態において、フロントエンドシステム８０３は、電力増幅器８３１、低雑音増幅器８３２、スイッチ８３３、アップコンバータ８３４、ダウンコンバータ８３５及び位相シフタ８３６を含む。しかしながら、他の実装例も可能である。一例において、携帯デバイス８００は、ＢＢ ｍｍＷ送受信器とともに動作し、アップコンバータ及びダウンコンバータはｍｍＷフロントエンドシステムから省略されている。他例において、ｍｍＷフロントエンドシステムはさらに、ミリメートル波信号をフィルタリングするフィルタを含む。
【０２５３】
ｍｍＷアンテナ８１４は、多種多様なタイプの通信のために使用されるアンテナを含み得る。ｍｍＷアンテナ８１４は、多種多様な態様で実装されたアンテナ素子を含み、所定の構成において、アンテナ素子は、一つ以上のアンテナアレイを形成するべく配列される。ミリメートル波アンテナアレイのためのアンテナ素子の例は、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ素子、セラミック共振器、スタンプ金属アンテナ及び／又はレーザ直接構造化アンテナを含むがこれらに限られない。
【０２５４】
所定の実装例において、携帯デバイス８００は、ＭＩＭＯ通信及び／又は切り替えダイバーシティ通信をサポートする。例えば、ＭＩＭＯ通信は、単数の無線周波数チャネルを経由して多数のデータストリームを通信するべく多数のアンテナを使用する。ＭＩＭＯ通信は、高い信号対雑音比、符号化の改善、及び／又は無線環境の空間的なマルチプレクシング差異に起因する信号干渉の低減により利益を受ける。切り替えダイバーシティとは、特定のアンテナが特定の時刻に動作するべく選択される通信を称する。例えば、観測されたビットエラーレート及び／又は信号強度インジケータのような様々な因子に基づいて一群のアンテナから特定のアンテナを選択するべく、スイッチを使用することができる。
【０２５５】
所定の実装例において、携帯デバイス８００は、ビームフォーミングとともに動作する。例えば、ｍｍＷフロントエンドシステム８０３は、送受信器８０２により制御される可変位相を有する位相シフタを含む。付加的に、位相シフタは、ｍｍＷアンテナ８１４を使用した信号の送信及び／又は受信のためのビームフォーメーション及び指向性を与えるべく制御される。例えば、信号送信の文脈において、送信のために使用されるアンテナアレイに与えられる送信信号の位相は、放射された信号が、建設的及び破壊的干渉を使用して組み合わされ、所与の方向に伝播する信号強度のビーム状の品質を示す集約送信信号を生成するように制御される。信号受信の文脈において、位相は、信号が特定の方向からアンテナアレイに到着しているときに多くの信号エネルギーが受信されるように制御される。
【０２５６】
ベース帯域システム８０１は、音声及びデータのような様々なユーザ入力及び出力（Ｉ／Ｏ）の処理を容易にするべくユーザインタフェイス８０７に結合される。ベース帯域システム８０１は、送信のためのＲＦ信号を生成するべく送受信器によって処理される送信信号のデジタル表現を有するサブｍｍＷ及びｍｍＷ送受信器を与える。ベース帯域システム８０１はまた、送受信器により与えられるデジタル表現の受信信号を処理する。図２０に示されるように、ベース帯域システム８０１は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべくメモリ８０６に結合される。
【０２５７】
メモリ８０６は、携帯デバイス８００の動作を容易にするべく、及び／又はユーザ情報の格納を与えるべく、データ及び／又は命令を格納することのような、多種多様な目的のために使用することができる。
【０２５８】
電力管理システム８０５は、携帯デバイス８００の一定数の電力管理機能を与える。所定の実装例において、電力管理システム８０５は、フロントエンドシステムの電力増幅器の供給電圧を制御するＰＡ供給制御回路を含む。例えば、電力管理システム８０５は、電力付加効率（ＰＡＥ）のような効率を改善するべく、当該電力増幅器の一つ以上に与えられる供給電圧を変化させるように構成することができる。
【０２５９】
所定の実装例において、電力管理システム８０５は、電池から電池電圧を受ける。電池は、携帯デバイス８００において使用される任意の適切な電池であってよく、例えばリチウムイオン電池を含む。
【０２６０】
図２１は、マクロセル基地局２０００の一実施形態の模式的な図である。マクロセル基地局２０００は、塔２００２、複数のアンテナ構造２００６、及び電子機器ハウジング２００４を含む。
【０２６１】
図２１のマクロセル基地局２０００は、グランドチューニングを有する再構成可能アンテナシステムを含み得る基地局の一例を示す。例えば、アンテナ構造２００６のいずれかが、ここでの教示に従って実装された一つ以上のチューニング可能アンテナシステムを含み得る。しかしながら、ここでの教示は、基地局及びＲＦ電子の他の実装例にも適用可能である。
【０２６２】
図２２は、スモールセル基地局２０２０の一実施形態の模式的な図である。スモールセル基地局２０２０は、この例においてはポール２０２２に取り付けられているアンテナ及び電子機器のハウジング２０２１を含む。    
【０２６３】
図２２のスモールセル基地局２０２０は、グランドチューニングを有する再構成可能アンテナシステムを含み得る基地局の他例を示す。例えば、アンテナ及び電子機器のハウジング２０２１は、ここでの教示に従って実装された一つ以上のチューニング可能アンテナシステムを収容することができる。しかしながら、ここでの教示は、基地局及びＲＦ電子の他の実装例にも適用可能である。
【０２６４】
図２３Ａは、一実施形態に係る基地局基板２０４０の平面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの基地局基板２０４０の２３Ｂ−２３Ｂ線に沿った断面である。基地局基板２０４０は、図２１のマクロセル基地局２０００、図２２のスモールセル基地局２０２０、及び／又は他の適切な基地局に実装することができる。
【０２６５】
基地局基板２０４０は、回路基板２０５０、アンテナ素子２０５１ａ、２０５１ｂ、２０５１ｃ、２０５１ｄ、チューニング導体２０５６ａ、２０５６ｂ、２０５６ｃ、２０５６ｄ、及び半導体ダイ２０５７ａ、２０５７ｂを含む。図示の実施形態において、チューニング導体及びアンテナ素子は回路基板２０５０の第１側に存在し、半導体ダイは、第１側に対向する回路基板２０５０の第２側に存在する。所定の実装例において、半導体ダイ２０５７ａ、２０５７ｂは、チューニング導体の電位を制御するスイッチを含み得る。コンポーネント配置の一例が示されるにもかかわらず、アンテナ素子、チューニング導体及び／又は半導体ダイは、多種多様な箇所に配置することができる。
【０２６６】
４つのアンテナ素子、４つのチューニング導体、及び２つの半導体ダイを有する一例が示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ないアンテナ素子、チューニング導体及び／又は半導体ダイが含まれてもよい。例えば、ここに開示されるアンテナシステムはいずれも、基地局基板上に実装してよい。
【０２６７】
図２４Ａは、実施形態に係る基地局用のモジュール２０７０のアレイの平面図である。モジュール２０７０のアレイは、第１モジュール２０６１ａ、第２モジュール２０６１ｂ、第３モジュール２０６１ｃ及び第４モジュール２０６１を含み、これらは、サポート２０６２により互いに対して一定位置に固定される。各モジュールは、本実施形態において、アンテナ素子、チューニング導体及び半導体ダイを含む。
【０２６８】
図２４Ｂは、図２４Ａの第１モジュール２０６１ａの、２４Ｂ−２４Ｂ線に沿った断面である。図２４Ｂに示されるように、第１モジュール２０６１ａは、チューニング導体２０５６ａ、アンテナ素子２０５１ａ及びＩＣ２０５７ａを含む。図示の実施形態において、チューニング導体２０５６ａ及びアンテナ素子２０５１ａはモジュールの基板の第１側に存在し、ＩＣ２０５７ａは、第１側に対向する基板の第２側に存在する。
【０２６９】
モジュール２０７０のアレイは、図２１のマクロセル基地局２０００、図２２のスモールセル基地局２０２０、及び／又は他の適切な基地局に実装することができる。４つのモジュールを有する一例が示されるにもかかわらず、これよりも多い又は少ないモジュール及び／又は異なる実装例のモジュールを使用することもできる。例えば、ここに開示されるアンテナシステムはいずれも、基地局におけるモジュールとしてアレイ状にすることができる。
【０２７０】
図２５Ａは、他実施形態に係る基地局基板２０８０の平面図である。図２５Ｂは、図２５Ａの基地局基板２０８０の２５Ｂ−２５Ｂ線に沿った断面である。
【０２７１】
図２５Ａ〜２５Ｂの基地局基板２０８０は、図２３Ａ〜２３Ｂの基地局基板２０４０と同様であるが、基地局基板２０８０が、回路基板２０５０に直交するように延びるドーター基板２０７１ａ、２０７１ｂを含む点が異なる。本実施形態において、各ドーター基板は、チューニング導体の電位を制御するスイッチを含み得るＩＣを含む。任意数のドーター基板及びＩＣを含めることができる。例えば、アンテナごとに一つのドーター基板としてよい。
【０２７２】
図２３Ａ〜２５Ｂは、基地局のためのチューニング可能アンテナシステムの様々な例を示すにもかかわらず、他の実装例も可能である。
【０２７３】
むすび
【０２７４】
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「〜を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される単語「結合」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２つ以上の要素を言及する。付加的に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る２つ以上の要素を言及する。付加的に、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本アプリケーションにおいて使用される場合、本アプリケーション全体を言及し、本アプリケーションの任意の固有部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。２つ以上の項目のリストを言及する単語「又は」及び「若しくは」は、当該単語の以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。
【０２７５】
さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び／又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。すなわち、かかる条件的言語は、特徴、要素及び／若しくは状態が一つ以上の実施形態にとって必要な任意の態様にあること、又は一つ以上の実施形態が必ず、筆者のインプット若しくは促しありで若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が任意の固有実施形態に含まれ若しくは当該実施形態で行われるか否かを決定するロジックを含むこと、を示唆することを一般には意図しない。
【０２７６】
本発明の実施形態の上記詳細な説明は、排他的であることすなわち本発明を上記開示の正確な形態に制限することを意図しない。本発明の及びその例の特定の実施形態が例示を目的として上述されたが、当業者が認識するように、本発明の範囲において様々な均等の修正も可能である。例えば、プロセス又はブロックが所与の順序で提示されるが、代替実施形態は、異なる順序でステップを有するルーチンを行うこと又はブロックを有するシステムを用いることができ、いくつかのプロセス又はブロックは削除、移動、追加、細分化、結合、及び／又は修正することができる。これらのプロセス又はブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装することができる。また、プロセス又はブロックが直列的に行われるように示されることがあるが、これらのプロセス又はブロックは、その代わりに、並列して行い又は異なる時に行うこともできる。
【０２７７】
ここに与えられた本発明の教示は、必ずしも上述のシステムに限られることがなく、他のシステムにも適用することができる。上述の様々な実施形態要素及び行為は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。
【０２７８】
本発明のいくつかの実施形態が記載されたが、これらの実施形態は、例のみとして提示されており、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【国際調査報告】
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